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WS2812 LED燈珠，這是一種非常流行的可尋址RGB LED。每個WS2812 LED內部集成了控制電路，因此可以通過一個數據輸入線來單獨控制每一個LED的顏色和亮度。這種特性使得WS2812非常適合用來創(chuàng)建復雜的燈光效果和圖案。

一、控制邏輯

WS2812 LED的控制邏輯是基于一種特定的數據協議，這種協議通過單線串行接口（通常稱為“數據線”或“DIN”）來傳輸顏色信息。每個WS2812 LED都有一個內置的集成電路，能夠解碼從數據線上接收到的信號，并根據這些信號設置LED的顏色和亮度。

1、WS2812的數據協議

位時序：每個比特由高電平和低電平組成。

邏輯0：高電平持續(xù)約0.4微秒，然后是低電平持續(xù)約0.85微秒。

邏輯1：高電平持續(xù)約0.8微秒，然后是低電平持續(xù)約0.45微秒。

字節(jié)時序：每個LED需要24比特（3個字節(jié)）的數據，分別對應紅色、綠色和藍色通道。

數據格式為GRB（綠色、紅色、藍色），而不是常見的RGB。

幀時序：所有LED的數據連續(xù)發(fā)送，最后一個LED的數據之后需要有一個復位信號（至少50微秒的低電平）。

2、控制邏輯步驟

1、設置數據線為輸出模式。

2、確保在開始發(fā)送數據之前，數據線處于低電平狀態(tài)。

3、對于每個LED，依次發(fā)送24比特的數據（先綠色，后紅色，最后藍色）。

4、每個比特通過精確控制高電平和低電平的時間來表示邏輯0或邏輯1。

5、在所有LED的數據發(fā)送完畢后，發(fā)送一個至少50微秒的低電平信號，以觸發(fā)所有LED更新其顯示狀態(tài)。

二、示例代碼

為了方便使用，我使用51單片機進行模擬，并且舉例了三種不同的控制邏輯。

1、使用“堆指令”方法進行模擬實現

這個比較簡單，就不做過多介紹，直接貼代碼。

#include 

sbit WS2812_PIN = P1^0;  // 假設WS2812的數據線連接到了P1.0

void delay_us(unsigned int us) {
    unsigned char i;
    while (us--) {
        _nop_();  // 根據實際情況調整NOP的數量
        for (i = 0; i < 120; i++) {  // 大約1微秒的延時
            _nop_();
        }
    }
}

void write_bit(unsigned char bit) {
    if (bit) {  // 寫邏輯1
        WS2812_PIN = 1;
        delay_us(800);  // 高電平約0.8微秒
        WS2812_PIN = 0;
        delay_us(450);  // 低電平約0.45微秒
    } else {  // 寫邏輯0
        WS2812_PIN = 1;
        delay_us(400);  // 高電平約0.4微秒
        WS2812_PIN = 0;
        delay_us(850);  // 低電平約0.85微秒
    }
}

void send_color(unsigned char red, unsigned char green, unsigned char blue) {
    unsigned char i;
    for (i = 7; i >= 0; i--) {
        write_bit((red >> i) & 1);
    }
    for (i = 7; i >= 0; i--) {
        write_bit((green >> i) & 1);
    }
    for (i = 7; i >= 0; i--) {
        write_bit((blue >> i) & 1);
    }
}

void main() {
    WS2812_PIN = 0;  // 初始化引腳為低電平
    while (1) {
        send_color(255, 0, 0);  // 發(fā)送紅色
        delay_ms(500);  // 延時500毫秒
        send_color(0, 255, 0);  // 發(fā)送綠色
        delay_ms(500);
        send_color(0, 0, 255);  // 發(fā)送藍色
        delay_ms(500);
    }
}

2、PWM功能來模擬時序

PWM功能來模擬WS2812 LED的時序信號是一個比較復雜的過程，因為需要非常精確地控制高電平和低電平的時間。WS2812 LED對數據傳輸的時序要求非常嚴格，通常情況下直接使用PWM并不容易達到這樣的精度。不過，如果你確實希望嘗試這種方法，可以考慮以下步驟：

①PWM配置

選擇合適的定時器：51單片機通常有多個定時器（如Timer0, Timer1），你需要選擇一個定時器并配置其工作在PWM模式。

設置PWM頻率：根據你的具體需求，設置合適的PWM頻率。對于WS2812來說，通常需要在幾百kHz到幾MHz之間。

②生成精確的時序

調整占空比：通過調整PWM的占空比來近似WS2812所需的高電平和低電平時間。例如，邏輯0需要大約0.4微秒的高電平時間和0.85微秒的低電平時間；邏輯1需要大約0.8微秒的高電平時間和0.45微秒的低電平時間。

中斷處理：利用定時器中斷來更新PWM的占空比，確保每個位都能被準確發(fā)送。

#include 

sbit WS2812_PIN = P1^0;  // 假設WS2812的數據線連接到了P1.0

void Timer0_Init() {
    TMOD |= 0x01;  // 設置Timer0為模式1（16位計數器）
    TH0 = (65536 - 500) / 256;  // 設置初值，產生約200kHz的PWM
    TL0 = (65536 - 500) % 256;
    ET0 = 1;  // 使能Timer0中斷
    EA = 1;   // 開啟全局中斷
    TR0 = 1;  // 啟動Timer0
}

void write_bit(unsigned char bit) {
    if (bit) {  // 寫邏輯1
        TH0 = (65536 - 800) / 256;  // 高電平約0.8微秒
        TL0 = (65536 - 800) % 256;
        while (!TF0);  // 等待中斷標志
        TF0 = 0;  // 清除中斷標志
        TH0 = (65536 - 450) / 256;  // 低電平約0.45微秒
        TL0 = (65536 - 450) % 256;
        while (!TF0);
        TF0 = 0;
    } else {  // 寫邏輯0
        TH0 = (65536 - 400) / 256;  // 高電平約0.4微秒
        TL0 = (65536 - 400) % 256;
        while (!TF0);
        TF0 = 0;
        TH0 = (65536 - 850) / 256;  // 低電平約0.85微秒
        TL0 = (65536 - 850) % 256;
        while (!TF0);
        TF0 = 0;
    }
}

void send_color(unsigned char red, unsigned char green, unsigned char blue) {
    unsigned char i;
    for (i = 7; i >= 0; i--) {
        write_bit((red >> i) & 1);
    }
    for (i = 7; i >= 0; i--) {
        write_bit((green >> i) & 1);
    }
    for (i = 7; i >= 0; i--) {
        write_bit((blue >> i) & 1);
    }
}

void main() {
    Timer0_Init();  // 初始化定時器
    while (1) {
        send_color(255, 0, 0);  // 發(fā)送紅色
        delay_ms(500);  // 延時500毫秒
        send_color(0, 255, 0);  // 發(fā)送綠色
        delay_ms(500);
        send_color(0, 0, 255);  // 發(fā)送藍色
        delay_ms(500);
    }
}

注意事項

時鐘頻率：確保你的系統(tǒng)時鐘頻率足夠高，能夠支持所需的時間分辨率。

延時函數：delay_ms和_nop_等延時函數需要根據實際情況進行調整。

中斷處理：上述代碼中沒有包含中斷服務程序，實際上你可能需要在中斷服務程序中處理PWM的占空比變化

3、使用硬件spi模擬時序

為什么可以考慮使用硬件SPI呢？

①高速度：硬件SPI通常比軟件模擬的串行通信更快。

②減輕CPU負擔：硬件SPI由專用硬件控制，可以減少CPU的負擔，使其能夠執(zhí)行其他任務。

③穩(wěn)定性：硬件SPI提供的信號更加穩(wěn)定，不容易受到中斷或其他因素的影響。

如何實現。

#include 

sbit WS2812_PIN = P1^0;  // 假設WS2812的數據線連接到了P1.0

void SPI_Init() {
    SCON = 0x50;  // 設置為模式0，波特率設置為T1溢出率的1/12
    TMOD |= 0x20;  // 設置Timer1為模式2（8位自動重裝）
    TH1 = 0xFD;  // 設置波特率為9600bps（具體值可能需要根據晶振頻率調整）
    TL1 = 0xFD;
    TR1 = 1;  // 啟動Timer1
}

void SPI_WriteByte(unsigned char byte) {
    unsigned char i;
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        TI = 1;  // 設置TI標志，準備發(fā)送
        while (!TI);  // 等待TI標志清零
        if (byte & 0x80) {
            SBUF = 0xFF;  // 發(fā)送邏輯1
        } else {
            SBUF = 0x00;  // 發(fā)送邏輯0
        }
        byte 

	

	注意事項

	①時序調整：實際應用中，你可能需要根據具體的時鐘頻率和硬件特性調整SPI的配置和延時函數，以確保數據傳輸的準確性。

	②復位信號：確保在數據發(fā)送完成后正確地發(fā)送復位信號，以便WS2812 LED更新顯示。

	③硬件限制：某些51單片機可能沒有內置的SPI控制器，這種情況下你可能需要使用軟件模擬SPI或者選擇其他方法。

	三、總結

	通過上述三種方法，你可以根據具體的應用需求和硬件條件選擇最適合的控制方式。每種方法都有其優(yōu)缺點，選擇時應綜合考慮系統(tǒng)的性能要求、硬件資源以及開發(fā)復雜度。希望這些信息對你理解和實現WS2812 LED的控制有所幫助。

	?審核編輯 黃宇